不同畦长灌溉对小麦旗叶光合特性和产量的影响

延飞龙 赵俊晔 石玉 于振文

摘要：在高产麦田，以济麦22为试材，设置10 m（L10）、20 m（L20）、30 m（L30）、40 m（L40）4个畦长处理，研究不同畦长灌溉对小麦开花后旗叶光合特性、籽粒灌浆速率及产量的影响。结果表明：①花后14～35 d，L40处理旗叶净光合速率、气孔导度、蒸腾速率和水分利用效率均显著高于L30、L20和L10处理。②花后7 d，L10处理籽粒灌浆速率显著高于其它处理;花后14 d，各处理间无显著差异;花后21～35 d，L40处理籽粒灌浆速率显著高于其它处理。③L40处理籽粒产量和水分利用效率均显著高于其它处理。本试验条件下，L40处理是兼顾高产和节水的最优处理。

关键词：小麦;畦长;灌溉;光合特性;籽粒灌浆速率;籽粒产量;水分利用效率

中图分类号：S512.1+10.71文献标识号：A文章编号：1001-4942（2019）07-0024-05

山东省人均水资源占有量不足350 m3，仅为全国水平的1/6[1]。小麦生长季平均降水量不足200 mm，而水分蒸散量为400～500 mm[2]，水资源短缺和降水量分布不均是限制山东省小麦高产的主要因素。开花后水分亏缺显著降低小麦旗叶净光合速率，光合产物积累量减少，籽粒产量降低[3]。生产上目前多采用畦灌来满足小麦生育期间用水。研究表明，在水流量一定条件下，灌水量随畦长的增加而增大，但畦长过长不仅显著降低灌水均匀度和水分利用效率，也造成作物产量降低[4]。前人关于不同畦长灌溉对玉米产量影响的研究表明，畦长80 m灌水均匀度最高，光合产物积累量最高，籽粒产量达到10 218 kg·hm-2[5]。关于小麦的研究表明，拔节期和开花期各灌水75 mm处理，灌浆期旗叶蒸腾速率、净光合速率较仅拔节期灌水75 mm处理分别高11.94%、5.58%[6]。限量灌溉105 mm处理挑旗期和开花期旗叶净光合速率与充分灌溉210 mm处理间无显著差异，灌浆期受水分胁迫影响，限量灌溉处理旗叶叶绿素含量和净光合速率较充分灌溉分别低4.22%和8.33%[7]。由上可见，前人关于不同畦长灌溉对小麦光合特性影响的研究尚少，为此本试验以济麦22为材料，就不同畦长灌溉对小麦旗叶光合特性、籽粒灌浆速率及产量的影响进行研究，以期为小麦节水高产栽培的适宜畦长提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

试验于2017—2018年小麦生长季在山东省济宁市兖州区小孟镇史家王子村进行。试验田为壤土，前茬作物为玉米，收获后全部秸秆还田。小麦播种前0～20 cm土层养分含量为有机质14.31 mg·kg-1、全氮1.17 g·kg-1、碱解氮118.82 mg·kg-1、速效磷39.29 mg·kg-1、速效钾116.37 mg·kg-1。全生育期内有效降水量为151.9 mm，其中播种至拔节期为37.6 mm，拔节期至开花期为40.5 mm，开花期至成熟期为73.8 mm。

供试小麦品种为济麦22。

1.2 试验设计

试验设置4个畦长处理，分别为10 m（L10）、20 m（L20）、30 m（L30）、40 m（L40），畦宽为2 m。随机区组排列，重复3次，处理间设置宽2 m隔离带。试验总施肥量为N 240 kg·hm-2、P2O5 150 kg·hm-2、K2O 150 kg·hm-2。磷肥和钾肥播种前全部底施，氮肥播前底施N 105 kg·hm-2，拔节期追施N 135 kg·hm-2。2017年10月23日播种，2018年6月8日收获。其它管理措施同一般高产田。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 区间划分 将小区沿灌水方向分为0～10、10～20、20～30、30～40 m 4个区间，在各区间的中间位置取样测定，重复3次。各处理试验结果为处理内各区间测定结果数据的平均值。

1.3.2 灌水量和灌溉方式 于小麥拔节期和开花期按照改水成数90%（即当水流前锋到达畦长长度90%位置时停止灌水）灌溉，用水表计量灌溉量，L10、L20、L30和L40处理灌水量分别为96.81、119.84、139.00 mm和155.97 mm。

1.3.3 旗叶光合特性测定 于小麦开花期在各区间标记同一天开花的单茎，采用英国产CIRAS-2型光合仪于开花0、7、14、21、28、35 d的9∶00—11∶00测定各区间3片标记旗叶的净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）和蒸腾速率（Tr）。叶片水分利用效率=Pn/Tr。

1.3.4 籽粒灌浆速率测定 开花期在各区间标记同一天开花的麦穗，花后每隔7 d取20个麦穗，置于70℃烘箱烘干至恒重，计算籽粒灌浆速率[8]。

1.3.5 籽粒产量测定 于小麦成熟期按小区收获，脱粒风干至含水量为12.5%时称重测产。

1.3.6 水分利用效率计算 水分利用效率（kg·hm-2·mm-1）=籽粒产量/生育期总耗水量[9]。生育期总耗水量计算公式：ET=ΔS+M+P+K[10]，式中ET为生育期总耗水量（mm），ΔS为土壤贮水消耗量（mm），M为灌水量（mm），P为降水量（mm），K为地下水补给量（单位：mm;当地下水埋深大于2.5 m时，K值不计）。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2007软件进行数据整理，SPSS 13.0软件进行统计分析和LSD法多重比较，SigmaPlot 12.5软件绘图。

2 结果与分析

2.1 不同处理小麦开花后旗叶净光合速率和气孔导度

由图1可知，开花0、7 d各处理间旗叶净光合速率和气孔导度无显著差异;开花14 d，净光合速率为L40﹥L30﹥L20、L10，L20、L10处理间差异不显著，气孔导度为L40﹥L30﹥L20﹥L10;开花后21～35 d，净光合速率和气孔导度均为L40﹥L30﹥L20﹥L10。表明，L40处理气孔导度高，有利于外界CO2进入叶片，使叶片保持较高的净光合速率。

2.2 不同处理小麦开花后旗叶蒸腾速率和水分利用效率

由图2可知，开花0、7 d，各处理旗叶蒸腾速率和水分利用效率间无显著差异;开花后14 d，蒸腾速率为L40﹥L30﹥L20、L10，L20与L10处理间差异不显著，水分利用效率为L40﹥L30、L20﹥L10，L30与L20处理间差异不显著;开花后21、28、35 d，蒸腾速率和水分利用效率均为L40处理显著高于其它处理。L40处理开花中后期较高的蒸腾速率，有利于降低叶片温度，维持较高的叶片光合速率。L40处理旗叶水分利用效率降低速率低于其它处理，有利于延长旗叶的光合高值持续期。

2.3 不同处理小麦开花后籽粒灌浆速率

由图3可知，开花后7 d，各处理籽粒灌浆速率为L10﹥L20、L30﹥L40，L20与L30处理间差异不显著;开花后14 d，各处理籽粒灌浆速率间无显著差异;开花后21、28、35 d，各处理籽粒灌浆速率均为L40﹥L30﹥L20﹥L10。L40处理开花中后期保持较高的籽粒灌浆速率，有利于提高粒重。

2.4 不同处理小麦籽粒产量和水分利用效率

由表1可知，各处理籽粒产量为L40>L30>L20>L10;总灌水量为L40>L30>L20>L10;总耗水量各处理间无显著差异;水分利用效率为L40>L30>L20、L10，L20和L10处理间差异不显著。L40处理获得最高籽粒产量，水分利用效率亦最高。

3 讨论与结论

小麦90%以上的干物质来源于光合产物的积累[11]。灌溉是影响小麦开花后光合特性的重要因素[12]。研究表明，在华北地区，畦宽8.3 m条件下，畦长45 m处理较畦长15 m处理灌水量高51 mm，开花期小麦旗叶SPAD值高8.11%，叶片光合性能高，促进了光合产物的积累，籽粒产量高1 057.5 kg·hm-2[13]。全生育期灌水83 mm处理开花后土壤含水量低，开花21 d旗叶蒸腾速率和净光合速率较全生育期灌水205 mm处理分别低42.31%、24.44%[14]。亦有研究表明，宁夏灌区，小麦拔节期、抽穗期和灌浆期各灌水90 mm处理灌浆期旗叶蒸腾速率和水分利用效率最高，分别为12.4 mmol·m-2·s-1、0.97 μmol·mol-1，有效延长叶片光合功能持续期，增加干物质积累量[15]。本试验中，畦宽2 m，改水成数90%条件下，L40处理比其它处理有较高的灌水量，能保证开花后充足的水分供应，开花后14～35 d气孔导度显著高于其它处理，降低气孔限制，促进叶片蒸腾作用和吸收CO2，有利于维持较高的净光合速率，促进光合产物的积累。

不同畦长处理的灌水量和灌溉均匀度存在差异，而灌溉量是影响小麦籽粒灌浆速率和水分利用效率的重要因素[16]。华北地区，全生育期灌水量由90 mm增加至165 mm，小麦灌浆期平均籽粒灌浆速率和灌浆持续时间分别增加3.64%、5.48%，小麦粒重增加2.89%[17]。小麦最大籽粒灌浆速率与灌水量呈抛物线趋势，新疆地区，灌水量由315 mm增加至465 mm，小麦籽粒灌浆速率达到最高，为2.16 g·d-1，灌水量增加至540 mm，籽粒灌浆速率较灌水465 mm处理低3.24%[18]。研究表明，小麦总耗水量随着灌水量的增加而增加，冬小麦在土壤水分较好条件下，总耗水量呈双峰曲线变化[19]。水分利用效率随着灌水量的增加呈先增后减趋势，灌溉量由60 mm增加至210 mm时，水分利用效率逐渐增加，而当灌水量由230 mm增加至354 mm，水分利用效率降低2.2 kg·hm-2·mm-1[20，21]。本试验条件下，L40处理籽粒产量最高，且总耗水量较其它处理无显著增加，从而获得最高的水分利用效率，达到19.17 kg·hm-2·mm-1。因此，L40处理是本试验条件下的最佳灌溉畦長。

参 考 文 献：

[1]Shi W J，Tao F J，Liu J Y. Changes in quantity and quality of cropland and the implications for grain production in the Huang-Huai-Hai Plain of China[J]. Food Security，2013，5（1）：69-82.

[2]梅旭荣，康绍忠，于强，等. 协同提升黄淮海平原作物生产力与农田水分利用效率途径[J]. 中国农业科学，2013，46（6）：1149-1157.

[3]谭秀山，秦青宁，公艳，等. 水分胁迫对冬小麦农艺性状的影响及两者间的定量数学模型[J]. 山东农业科学，2012，44（2）：15-19.

[4]郑和祥，史海滨，程满金，等. 畦田灌水质量评价及水分利用效率分析[J]. 农业工程学报，2009， 25（6）：1-6.

[5]马龙，李强，陈新明. 泾惠渠灌区畦长对夏玉米耗水特性和产量影响[J]. 节水灌溉，2017（2）：19-28.

[6]宁东峰，李志杰，孙文彦，等. 节水灌溉对黄淮海地区冬小麦水分消耗与光合特性的影响[J]. 植物营养与肥料学报，2010，16（4）：852-858.

[7]刘国伟，任艳云，闫璐. 土壤肥力和灌水量组合对不同类型小麦光合特性及产量的影响[J]. 农学学报，2017，7（6）：27-33.

[8]孙进先，魏秀华，王国飞，等. 品种、播期、灌水和施氮量对小麦灌浆速率的影响[J]. 山东农业科学，2010（7）：48-50.

[9]Sepaskhah A R，Tafteh A.Yield and nitrogen leaching in ra-peseed field under different nitrogen rates and water saving irrigation[J]. Agricultural Water Management，2012，112：55-62.

[10]Patanè C，Cosentino S L . Yield，water use and radiation use efficiencies of kenaf （Hibiscus cannabinus L.） under reduced water and nitrogen soil availability in a semi-arid  Mediterranean area[J]. European Journal of Agronomy，2013，46：53-62.

[11]Wang Y Q，Xi W X，Wang Z M，et al. Contribution of ear photosynthesis to grain yield under rainfed and irrigation conditions for winter wheat cultivars released in the past 30 years in North China Plain[J]. Journal of Integrative Agriculture，2016，15（10）：2247-2256.

[12]王瑞英，高峻岭，王月福，等. 灌溉对小麦—玉米周年栽培中花后水分与干物质积累的影响[J]. 山东农业科学，2011（5）：21-24，28.

[13]吕丽华，李谦，姚海坡，等. 不同灌溉畦长下小麦耗水特性和产量形成特点[J]. 华北农学报，2017， 32（S1）：325-330.

[14]董志强，张丽华，吕丽华，等. 不同灌溉方式对冬小麦光合速率及产量的影响[J]. 干旱地区農业研究，2015，33（6）：1-7.

[15]白海波，吕学莲，惠建，等. 灌水量对宁夏春小麦光合特性及产量构成因素的影响[J]. 中国农学通报，2017，33（34）：9-14.

[16]熊淑萍，谷秋荣，何建国，等. 水分处理对不同专用型小麦籽粒灌浆特征和产量的影响[J]. 干旱地区农业研究，2005，23（4）：113-117，133.

[17]臧贺藏，张英华，张兴娟，等. 水氮限量供给下高产小麦品种籽粒灌浆特性及氮磷钾积累动态[J]. 草业学报，2016，25（9）：28-36.

[18]雷钧杰，张永强，陈兴武，等. 新疆冬小麦籽粒灌浆和品质性状对滴灌用水量的响应[J]. 应用生态学报，2017，28（1）：127-134.

[19]房全孝，陈雨海. 节水灌溉条件下冬小麦耗水规律及其生态基础研究[J]. 华北农学报，2003， 18（3）：18-22.

[20]Ma Y，Feng S，Song X. A root zone model for estimating soil water balance and crop yield responses to deficit irrigation in the North China Plain[J]. Agricultural Water Management， 2013，127：13-24.

[21]Liu X，Shao L，Sun H，et al. Responses of yield and water use efficiency to irrigation amount decided by pan evaporation for winter wheat[J]. Agricultural Water Management，2013，129： 173-180.